(57)【要約】【課題】  従来のいずれの方式の切断方法とも異なる切断方式で、丸管を初め断面正方形又は長方形の角管を広範囲のサイズ、肉厚にわたり切断できる方法の提供。【解決手段】  同方向の直線軌道を移動する一対のスライダーと2本のリンクアームとでトッグルジョイントを構成してそのリンクの枢軸部に回転刃を設けると、近接離反する一対のスライダーの位置を制御するだけで被切断材の中心から見た回転刃の位置を自由に制御移動でき、かかる回転刃を被切断材の対向する二方、周囲の四方に配置して切断する。【選択図】        図1
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同方向の直線軌道を移動する一対のスライダーにそれぞれ軸支された2本のアームの他方端を枢軸支して形成するトッグルジョイントの枢軸側に自転可能な回転刃を設けた回転刃ユニットを、少なくとも被切断材の周囲の対向する二方に配置し、各回転刃ユニットの一対のスライダーの直線軌道上の位置を制御して被切断材の外周形状に倣いながら切削を行う切断方法。
【請求項２】
所要長さの直線軌道とこれに平行する他直線軌道を移動して相互に近接離反可能な一対のスライダーと、前記スライダーに各々軸支された所要長さのアームとで両アームの先端側を枢軸支して形成するトッグルジョイントと、当該枢軸部に自転可能に配置する回転刃とを有する回転刃ユニットが、被切断材の周囲の対向する二方又は該周囲四方に配置され、被切断材の外周を2枚又は4枚刃で切断する際に各回転刃が衝突しないよう各スライダーの直線軌道上の移動とその位置調整を行う駆動制御手段を有する切断装置。
【請求項３】
直線軌道がボールねじ軸であり、スライダーがボールねじに螺合するナット部材である請求項2に記載の切断装置。
【請求項４】
複数の直線軌道のボールねじ軸がその端部でべベルギアを介して他のボールねじ軸と連結され、これらに歯合する1つの電動機にて、複数のボールねじに螺合するスライダーが同期移動可能にした駆動制御手段を有する請求項3に記載の切断装置。
【請求項５】
請求項2に記載の切断装置において、2組又は4組の回転刃ユニットを走行台車に載置し、走行台車を所要進行方向に移動する被切断材に同期移動可能に駆動制御手段を有する走行式の切断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、2〜4枚の回転刃で管等を切断する切断方法とその装置に係り、丸管を初め断面正方形又は長方形の角管を広範囲のサイズ、肉厚にわたり切断できかつ切断速度を速くあるいは回転刃の寿命を長くできる切断方法とその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
丸管や角管の切断方法には、大径の回転刃やバンドソーを管のある直径方向に移動させて切断する方法(R方法という)がある。また、丸管の切断方法には、自転する回転刃を管回りに倣い公転させて切断する方法があり、1枚〜3枚の回転刃をドーナツ状の面板に装着して面板を管中心に回転させる方法(θ方法という)がある。
【０００３】
さらに、回転刃を管外周に沿ってに倣い公転させて切断する方法として、上記の回転面板を使用することなく、2枚又は4枚の回転刃をそれぞれx-yの2軸方向に位置制御することで、複数の回転刃で周方向を分割して結果として管回りの倣いを実施して切断する方法(x-y方法という)がある。前記θ方法では、口径違いや角管を切断することができないが、上記x-y方法ではこれが可能となる。(特許文献1、2、3)
【０００４】
同様に口径違いや角管を切断する方法として、回転刃を揺動アームの先端に装着して当該アームの基端を直線移動可能にした揺動カッターを、管中心に対称に配置し、各アームの揺動角度と直線移動位置の制御によって切断する方法(x-θ方法という)が提案されている。(特許文献4)
【０００５】
面板を回転させる前記θ方法では、口径違いや角管を切断することができないため、回転刃を揺動アームの先端に装着して当該アームの基端を面板に軸支装着した揺動カッターを複数個面板に装着し、各アームの揺動角度と面板の公転角度で回転刃の位置制御を行い切断する方法(θ-θ方法という)が実用化されている。(特許文献5、6)
【０００６】
同様に口径違いや角管を切断する方法として、管の直径方向に対向配置した回転刃を直径方向に位置調整可能にしてドーナツ状の面板に装着して面板を管中心に回転させる方法(R-θ方法という)がある。(特許文献7)
【特許文献１】特開昭59-81015号
【特許文献２】特許第2802139号
【特許文献３】特許第2568953号
【特許文献４】特許第2576206号
【特許文献５】特公昭62-27926号
【特許文献６】特許第2939409号
【特許文献７】特開平09-47914号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来のx-y方法では、回転刃をx-yの2軸方向に位置制御可能にするために2軸方向に自在に構成したテーブル型やポスト型の可動ユニットを用意し、各ユニットにはx-yの2軸方向の駆動源が必須であり、このユニットを固定面板や門型スタンドに2〜4機を装着する等、切断装置として大型化する懸念があった。
【０００８】
また、θ-θ方法やR-θ方法では、複数の回転刃ユニットを装着した面板を回転させるための機械機構が必要であり、装置が大型化するとともにかなりの重量物を回転させてこれを制御する必要があり、さらには、かかる切断装置を被切断材と同じ速度で移動させる走行切断機の構成とする場合は、重量物の面板の回転とこれらを載せた走行台車の駆動に多くの動力を要する問題があった。
【０００９】
この発明は、従来のいずれの方式の切断方法とも異なる切断方式で、丸管を初め断面正方形又は長方形の角管を広範囲のサイズ、肉厚にわたり切断できる方法であり、さらに装置の小型軽量化を可能にする切断方法とその装置の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
発明者らは、回転刃を装着した面板を被切断材を中心に回転させる構成を採用しない新規な切断方法と装置を目的に種々検討した結果、同方向の直線軌道を移動する一対のスライダーと2本のリンクアームとでトッグルジョイントを構成してそのリンクの枢軸部に回転刃を設けると、近接離反する一対のスライダーの位置を制御するだけで被切断材の中心から見た回転刃の位置を自由に制御移動でき、かかる回転刃を少なくとも被切断材の対向する二方に配置して用いることにより、丸管を初め断面正方形又は長方形の角管を広範囲のサイズ、肉厚にわたり切断できることを知見し、この発明を完成した。
【００１１】
すなわち、この発明は、同方向の直線軌道を移動する一対のスライダーにそれぞれ軸支された2本のアームの他方端を枢軸支して形成するトッグルジョイントの枢軸側に自転可能な回転刃を設けた回転刃ユニットを、少なくとも被切断材の周囲の対向する二方に配置し、各回転刃ユニットの一対のスライダーの位置を制御して被切断材の外周形状に倣いながら切削を行うことを特徴とする切断方法(x-y-θ方法という)である。
【００１２】
また、この発明は、所要長さの直線軌道とこれに平行する他直線軌道を移動して相互に近接離反可能な一対のスライダーと、前記スライダーに各々軸支された所要長さのアームとで両アームの先端側を枢軸支して形成するトッグルジョイントと、当該枢軸部に自転可能に配置する回転刃とを有する回転刃ユニットが、被切断材の周囲の対向する二方又は該周囲四方に配置され、被切断材の外周を2枚又は4枚刃で切断する際に各回転刃が衝突しないよう各スライダーの直線軌道上の移動とその位置調整を行う駆動制御手段を有するとを特徴とする切断装置である。
【００１３】
さらに、発明者らは、上記構成の切断方法とその装置において、
直線軌道がボールねじ軸であり、スライダーがボールねじに螺合するナット部材である構成、
複数の直線軌道のボールねじ軸がその端部でべベルギアを介して他のボールねじ軸と連結され、これらに歯合する1つの電動機にて、複数のボールねじに螺合するスライダーが同期移動可能にした駆動制御手段を有する構成、
2組又は4組の回転刃ユニットを走行台車に載置し、走行台車を所要進行方向に移動する被切断材に同期移動可能に駆動制御手段を有する走行切断機の構成、
を併せて提案する。
【発明の効果】
【００１４】
この発明は、同方向の直線軌道を移動する一対のスライダーにそれぞれ軸支された2本のアームの他方端を枢軸支して形成するトッグルジョイントを採用することで、従来のθ-θ方法やR-θ方法と比較すると、複数の回転刃ユニットを装着した面板自体を被切断材を中心に回転させる機構が不要であり、また、従来のx-y方法と比較しても回転刃をx-yの2軸方向に位置制御可能にするための機械機構が簡単となり、装置の小型化が可能となり、特に走行切断機の構成を採用する際には比較的軽量な切断装置を走行させることが可能である。
【００１５】
この発明は、回転刃ユニットに一対のスライダーを有するトッグルジョイントを採用するため、直線軌道にボールねじ軸を用いると、一つのモーターで複数のスライダーの位置制御を行うことが可能であり、駆動制御手段がシンプルであるとともに、回転刃外径やアーム長さを適宜選定すると、2組の回転刃ユニットでも丸管と断面正方形の角管を広範囲のサイズ、肉厚にわたり切断でき、4組の回転刃ユニットを用いることで、装置の小型化を図りながら、断面矩形の角管を広範囲のサイズ、肉厚にわたり切断できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図1に示す模式図は、丸管の被切断材Pを初め断面正方形の被切断材Ps又は矩形の被切断材Prを切断する回転刃の駆動制御を行う装置の構成例を被切断材の軸方向に見た説明図である。
ここでは、被切断材P,Ps,Prに対して四方から同時に切断できる4枚刃の構成を説明する。4枚の回転刃のいずれもが、同方向の直線軌道を移動する一対のスライダーと2本のリンクアームとでトッグルジョイントを構成し、そのリンク機構の枢軸部に回転刃を設けた構成からなる。
【００１７】
詳述すると、直線軌道として図の左側の垂直方向に配置したボール軸Sa1,Sb1に螺合するナット部材を垂直方向に移動する一対のスライダーA1,B1とし、スライダーA1,B1にそれぞれリンクアーム8,9を軸支接続し、リンクアーム8,9の他方端同士を軸支接続して枢軸部となし、ここに回転刃V1を回転自在に配置してある。
被切断材Pを挟む反対側の図右側にも垂直方向にボール軸Sa2,Sb2が配置され、同様にこれに螺合する一対のスライダーA2,B2にもリンクアーム8,9が軸支されてトッグルジョイントを構成し、枢軸部に回転刃V2を設けてある。
【００１８】
また、水平方向の直線軌道として図の上側に配置したボール軸Sa3,Sb3に螺合するナット部材を水平方向に移動する一対のスライダーA3,B3とし、スライダーA3,B3にそれぞれリンクアーム8,9を軸支接続し、リンクアーム8,9の他方端同士を軸支接続して枢軸部となし、ここに回転刃H3を回転自在に配置してある。
被切断材Pを挟む反対側の図下側にも水平方向にボール軸Sa4,Sb4が配置され、同様にこれに螺合する一対のスライダーA4,B4にもリンクアーム8,9が軸支されてトッグルジョイントを構成し、枢軸部に回転刃H4を設けてある。
【００１９】
スライダーA1,B1、A2,B2は、それぞれの対が垂直方向の同じ方向に移動することも相互に近接離反することも可能であり、また、2対のスライダーA1,B1,A2,B2は、各回転刃V1,V2がここでは時計回り又は反時計回りに移動するように、図で短く表示してあるリンクアーム8と接続するスライダーA1,A2同士と、図で長く表示してあるリンクアーム9と接続するスライダーB1,B2同士とが同期して逆方向に移動できるように構成してある。
【００２０】
すなわち、対向位置にある垂直方向のボール軸Sa1,Sa2同士は水平方向のボール軸Sa3を介してべベルギア7,7で噛み合い、対向位置にある他の垂直方向のボール軸Sb1,Sb2同士は水平方向の連結軸5を介してべベルギア7,7で噛み合い、異なる位置のボール軸Sa1,Sa2、Sb1,Sb2同士は相互に回転方向が逆になるよう、同じ位置のボール軸Sa1,Sb1、Sa2,Sb2同士は回転方向が同じとなる構成してあり、また、全てのボール軸のねじピッチが同じとなっているので、一対のスライダーA1,B1、A2,B2同士をそれぞれ同じ方向に移動させると、回転刃V1,V2は被切断材Pの中心から見ると同じ回転方向に同じ距離だけ直線移動することになる。
【００２１】
又、スライダーA3,B3、A4,B4は、それぞれの対が水平方向の同じ方向に移動することも相互に近接離反することも可能であり、また、2対のスライダーA3,B3,A4,B4は、各回転刃V3,V4がここでは時計回り又は反時計回りに移動するように、図で短く表示してあるリンクアーム8と接続するスライダーA3,A4同士と、図で長く表示してあるリンクアーム9と接続するスライダーB3,B4同士とが同期して逆方向に移動できるように構成してある。
【００２２】
すなわち、対向位置にある水平方向のボール軸Sa3,Sa4同士は垂直方向のボール軸Sa2を介してべベルギア7,7で噛み合い、対向位置にある他の水平方向のボール軸Sb3,Sb4同士は垂直方向の連結軸6を介してべベルギア7,7で噛み合い、異なる位置のボール軸Sa3,Sa4、Sb3,Sb4同士は相互に回転方向が逆になるよう、同じ位置のボール軸Sa3,Sb3、Sa4,Sb4同士は回転方向が同じとなる構成してあり、また、全てのボール軸のねじピッチが同じとなっているので、一対のスライダーA3,B3、A4,B4同士をそれぞれ同じ方向に移動させると、回転刃V3,V4は被切断材Pの中心から見ると同じ回転方向に同じ距離だけ水平移動することになる。
【００２３】
従って、垂直と水平が組み合わされた正方形配置の4本のボール軸Sa1,Sa3,Sa2,Sa4と、連結軸5を介して連結された垂直方向のボール軸Sb1,Sb2と、連結軸6を介して連結された水平方向のボール軸Sb3,Sb4とは、3組としてそれぞれ個別に接続する1機のモーターMによって上述の各組のスライダーが同期駆動される構成である。
【００２４】
なお、図1では理解を容易にするためにボール軸等を並列表記するが、図の左側の垂直方向のボール軸Sa1,Sb1と連結軸6は同じ垂直面上に相互に隣接して配置されるため、図1の上側の水平方向ボール軸Sa3,Sb3と連結軸5も同様に同じ水平面上に相互に隣接して配置され、他の垂直及び水平方向のボール軸Sa2,Sb2、Sa4,Sb4も同様配置される。
図2〜図6は、上記のボール軸等の並列表記を行わずに破断して図示するか、想像線で表記している。
【００２５】
図2と図3は断面正方形の角管である被切断材Psを切断する際に、垂直方向に移動する一対の回転刃V1,V2の作動状態を示す説明図であり、図2は被切断材Prが大径角管、図3は小径角管の場合を示す。
一対の回転刃V1,V2を支持する各リンクアーム8,9対は、同等長さを有するように設定しているため、各回転刃V1,V2の被切断材Psに対する位置制御は、リンクアーム8,9の開き角度で設定できる。
【００２６】
すなわち、一対のスライダーA1,B1、A2,B2同士の間隔を一定に調整し、ボール軸Sa1,Sb1対を左回転、ボール軸Sa2,Sb2対を右回転させてこれを同じ方向に移動させると、回転刃V1は上昇する方向に、回転刃V2は下降方向にそれぞれ直線移動する。
図2と図3に図示のごとく、回転刃V1,V2の刃先位置を被切断材Psの寸法とその肉厚を考慮した位置に設定し、自転する回転刃V1,V2を上記のように直線移動させることで、被切断材Psの垂直方向の二辺を同時に切断することができる。
【００２７】
図1に示す水平方向のスライダーA3,B3、A4,B4にリンクアーム8,9を介して支持される回転刃H3,H4は、前述のごとくトッグルジョイント機構もスライダー機構も同等であるため、上記した回転刃V1,V2と同様の作動によって、それぞれ水平方向に、例えば回転刃H3は図の右方向へ、回転刃H4は図の左方向へ直線移動して、被切断材Psの水平方向の二辺を同時に切断することができる。
従って、4枚の回転刃V1,V2,H3,H4は、断面正方形の角管の各辺部を同時に切断することができ、2枚刃で2辺分ずつ切断するものと比較すれば、切断速度が向上し、また刃の寿命も永くなる。
【００２８】
図4は、断面長方形の角管である被切断材Prを切断する際に、垂直方向に移動する回転刃V1と、水平方向に移動する回転刃H3の作動状態を示す説明図であり、被切断材Prが大径角管の場合を示す。
被切断材Prが断面長方形であるが、回転刃V1,H3の作動は直線移動であり、上述の断面正方形の角管を切断する場合と同じである。すなわち、被切断材Prの水平方向の辺が最も長いので、水平方向に移動する回転刃H3の軌跡長さが基準となり、垂直方向に移動する回転刃V1も同じ軌跡長さを移動する。
【００２９】
図4に示すごとく、垂直方向の回転刃V1は最下降位置をスタート位置として最初は被切断材Prとの接触はなく上昇移動し、やがて所要位置で被切断材Prと接触、切断が開始され、水平方向の回転刃H3は最も左寄りの位置をスタート位置として直ちに被切断材Prと接触、切断しながら右方向へ移動して切断を完了する。
【００３０】
垂直方向のボール軸Sa1は水平方向のボール軸Sa3を介してべベルギア7で噛み合うため、ボール軸Sa1とボール軸Sa3同士は逆回転するが、これに螺合しているスライダーA1,A3同士は同期して被切断材Prの中心から見ると同じ回転方向に同じ距離だけ直線移動するように構成されており、図示しないスライダーA3,A4も同様であり、他のスライダーB1,B3、B2,B4も同様に被切断材Prの中心から見ると同じ回転方向に同じ距離だけ直線移動することで、先の断面正方形の被切断材Psを切断する場合と全く同様に断面長方形の被切断材Prを切断することができる。
【００３１】
図5は丸管の被切断材Pを切断する場合を示すが、図2と図3の断面正方形の被切断材Psを切断する場合と同じように主に垂直方向に移動する一対の回転刃V1,V2の作動状態を示す説明図である。
ここで一対の回転刃V1,V2は、丸管の被切断材Pの外形を倣うために、被切断材Pの中心から見て円弧移動しなければならないため、リンクアーム8,9の開き角度は一定でなく、一対のスライダーA1,B1、A2,B2はそれぞれ同方向に直線移動しながら同時にスライダーA1,B1、A2,B2同士の間隔を所定距離となるように変化させ必要があり、異なるグループのスライダーが螺合するボール軸Sa1,Sa2とボール軸Sb1,Sb2は個別に回転制御される。
【００３２】
図5において、図示しない主に水平方向に移動する一対の回転刃H3,H4も、上述の主に垂直方向に移動する一対の回転刃V1,V2と同様の動作を実行することで、4枚の回転刃で丸管の外周の1/4ずつ同時に切断することができる。
【００３３】
なお、図5では大口径の丸管を4枚の回転刃で切断することを想定して丸管の被切断材Pの外周の1/4部分を倣うようにリンクアーム8,9の長さと回転刃の外径並びにボール軸長さを選定して図示するが、ここで回転刃の外径の選定とともにリンクアーム8,9の長さ並びにボール軸長さを適宜選定すると、一対の回転刃V1,V2は、丸管の被切断材Pの外周の1/2部分を倣うことが可能であり、一対の回転刃V1,V2のみで種々外径の丸管の被切断材Pはもちろん、断面正方形の角管である被切断材Psも広範囲の外径寸法のものを切断できることが明らかである。
【００３４】
この発明において、直線軌道を移動する一対のスライダーの構成は、実施例に用いた直線軌道がボールねじ軸であり、スライダーがボールねじに螺合するナット部材を用いる構成のほか、単なるねじ機構、ギア機構、ジャッキ機構、公知の直動機構とレールを用いる構成等、直線移動できる機構を適宜採用できる。
【００３５】
この発明において、実施例では、複数の直線軌道のボールねじ軸がその端部でべベルギアを介して他のボールねじ軸と連結され、これらに歯合する1つの電動機にて、複数のボールねじに螺合するスライダーが同期移動可能にした駆動制御手段を採用し、モーターの数を減らしてスライダーの位置制御を容易にすることができる。
スライダーの送り機構に公知の直動機構とレールを用いる場合等、各スライダーの位置制御を個別に行うことも可能である。
【００３６】
この発明において、走行切断機の構成を採用する場合、走行台車やその走行駆動方法には、公知のいずれの構成も採用できる。
【実施例】
【００３７】
実施例1
図6に示す切断機は、走行切断機の構成である。装置本体は、ボール軸を軸支して収納する4つのフレーム11,12,13,14により正方形枠体の構造からなる。水平の下側フレーム14内には車輪15が内蔵され、床に固定されるレール21,21上を走行可能であり、垂直のフレーム11とこの下側フレーム14の外側には駆動ユニット20が配置され、駆動されるピニオンギアがレール21の側面に設けたラックに歯合して装置本体が走行する。
【００３８】
ボール軸の駆動モーターMは、図1で説明した構成、スライダーのAグループは4本のボール軸を1台のモーターで駆動し、スライダーのBは上下の2軸をを1台のモーター、残りをさらに1台のモーターで駆動する構成を採用するため、上側フレーム12上に3台のモーターMを載置してある。なお、矩形管を切断しない構成では、スライダーのBグループも4本のボール軸を1台のモーターで駆動することが可能で、2台の駆動モーターでよい。
【００３９】
リンクアーム18はギア列を内蔵する構成であり、スライダー11Aの軸支部の図で裏面側に駆動モーターが設けられて、内蔵ギア列を介してアーム先端の回転歯V1を回転させることができる。
【００４０】
実施例2
上述した図6の切断装置において、回転刃の外径を320mmとし、回転刃軸芯位置の水平方向のストロークが350mmとなるようにリンクアーム18,19長さとスライダーの軸支位置を設定した。
【００４１】
切断可能なサイズは、板厚みが5.0mm〜25.4mm、丸管は216.3mm〜660.4mm、正方形角管は175mm×175mm〜500mm×500mm、矩形管は200mm×150mm〜600mm×300mmであった。
また、刃物周速度は200m/min〜500m/minを得ることができた。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
この発明による切断方法及び装置は、固定切断も走行切断も可能であり、実施例で明らかなように、丸管を初め断面正方形又は長方形の角管を広範囲のサイズ、肉厚にわたり切断でき、切断速度を速くあるいは回転刃の寿命を長くできる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】図1は、丸管、断面正方形又は矩形の被切断材を切断する回転刃の駆動制御を行う装置の構成例を被切断材の軸方向に見た模式説明図である。
【図２】図2は、断面正方形の大径角管を切断する際に、垂直方向に移動する一対の回転刃の作動状態を示す説明図である。
【図３】図3は、断面正方形の小径角管を切断する際に、垂直方向に移動する一対の回転刃の作動状態を示す説明図である。
【図４】図4は、断面長方形の角管である被切断材を切断する際に、垂直方向に移動する回転刃と水平方向に移動する回転刃の作動状態を示す説明図である。
【図５】図5は、大径丸管を切断する際に、垂直方向に移動する一対の回転刃の作動状態を示す説明図である。
【図６】図6は、走行切断機の構成例を被切断材の軸方向に見た説明図である。
【符号の説明】
【００４４】
P,Ps,Pr  被切断材
M  モーター
V1,V2  回転刃(垂直方向)
H3,H4  回転刃(水平方向)
A1,B1,A2,B2  スライダー(垂直方向)
A3,B3,A4,B4  スライダー(水平方向)
Sa1,Sb1,Sa2,Sb2  ボール軸(垂直方向)
Sa3,Sb3,Sa4,Sb4  ボール軸(水平方向)
5  連結軸(垂直方向)
6  連結軸(水平方向)
7  べベルギア
8,9  リンクアーム
11,12,13,14  フレーム
11A,11B,12A,12B,13A,13B,14A,14B  スライダー
15  車輪
18,19  リンクアーム
20  駆動ユニット
21  レール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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